Recycling von Kupfer und Kupferlegierungen

Durch Recycling werden Ressourcen geschont, die Umweltbelastung verringert und Energieeinsparungen erzielt, da der Energiebedarf für die Verfahrensschritte Bergbau, Aufbereitung und Verhüttung entfällt.  Kupfer ist der Werkstoff der wohl in der ganzen Welt am häufigsten einer Wiederverwendung zugeführt wird. Seit Generationen ist die Erfassung und der Handel mit Schrotten und Altmaterialien für Kupfer und Kupferlegierungen gut organisiert. Der Grund ist die hervorragende Eignung der Kupferwerkstoffe für eine Wiederverwendung.

Entscheidend für die Bewertung der Produktion von Metallen aus Rücklaufmaterialien und Schrotten ist neben der Energieeinsparung die beim Recycling zu erreichende Qualität. Wird diese nicht erreicht, dann sind die Vorteile hinsichtlich Energieeinsparungen fragwürdig, da der Energiebedarf ungleicher Materialien verglichen wird. So ist es zum Beispiel im Gegensatz zu Kupfer bei einigen anderen Metallen und bei Kunststoffen nicht ohne weiteres möglich, Erzeugnisse mit der gleichen Qualität wie aus Neumetallen gefertigt zu produzieren. Bei Kupfer dagegen lassen sich ohne Qualitätsverlust Produkte herstellen, die sich in keiner Weise von den aus Primärmetallen gefertigten unterscheiden. Der entscheidende Vorteil beim Recycling von Kupferwerkstoffen liegt eben darin, dass Kupfer auch bei mehrmaligem Recycling keine Qualitätsverluste erleidet, unabhängig davon, ob metallische oder nichtmetallische, kupferarme oder kupferreiche Einsatzstoffe der Wiederverwendung zugeführt werden.

Die klassische Recyclingrate errechnet sich aus der pro Jahr aus Sekundärmaterialien erzeugten Menge bezogen auf die Jahresproduktion. Für Kupfer ergibt sich nach dieser Definition eine Wiederverwendungsrate von ca. 45 %. Diese Zahl sagt jedoch wenig über die Wiederverwendung eines Werkstoffes aus. Denn bei der Definition bleibt unberücksichtigt, dass Altmaterial von langlebigen Wirtschaftsgütern stammt, die zu einer Zeit hergestellt wurden, als die jährliche Kupferproduktion erheblich niedriger war. Und bei der Berechnung der Wiederverwendungsrate wird die Sekundär-Kupfererzeugung auf die sehr viel höhere heutige Produktion bezogen. Diese klassische Recyclingrate ist insofern irreführend, als sie nicht den wahren Grad der Wiederverwendung von Altmaterialien des Werkstoffes Kupfer ausdrückt.

Eine "echten Recyclingrate" für Kupfer erhält man, wenn man dieser die Nutzungsdauer der Produkte bis zur Wiederverwendung zugrunde legt und die Menge des wiederverwendeten Kupfers auf die Gesamtproduktion zu Beginn der Nutzungsdauer bezieht. Kupfer und Kupferlegierungen haben wegen der hervorragenden Beständigkeit eine lange Nutzungsdauer, wie Tabelle 1 zeigt:

Nutzung inNutzungsdauer
kleinen Elektromotoren10 - 12 Jahren

Kraftfahrzeugen

15 - 18 Jahren (Fahrzeuglebensdauer)
Kabeln30 - 40 Jahren
Gebäuden60 - 80 Jahren

Tabelle 1: Nutzungsdauer verschiedener Kupferprodukte

Wird eine durchschnittliche Nutzungsdauer von 35 Jahren zugrunde gelegt, so ergibt sich eine "echte" Recyclingrate, bezogen auf die gesamte Kupferproduktion vor 35 Jahren, von fast 80 %. Durch die "echte" Recyclingrate wird die fast vollständige Wiederverwertung von Sekundärkupfer besser beschrieben, als durch die Recyclingrate von 45 %. Für die Rückgewinnung von Kupfer bei der Verwertung von Altautos wird mit einer Wiederverwertungsrate von etwa 90 % gerechnet. Durch die Entwicklung geeigneter Aufarbeitungsverfahren für die schwierig zu handhabenden Elektronik-Schrotte wird diese Rate zukünftig noch ansteigen.
Die Recyclingrate drückt jedoch aus, dass ca. 45 % des gesamten Kupferbedarfes durch Schrotte und Rücklaufmaterialien gedeckt werden können. Da Deutschland so gut wie über keine eigenen Kupfervorkommen verfügt, stellen die Rücklaufmaterialien eine wichtige Ressource für die Deckung des Kupferbedarfes dar.
Bei den Recyclingmengen für die Kupferproduktion ist zu unterscheiden zwischen dem direkten Schrotteinsatz in den Halbzeugwerken und dem Einsatz von Rücklaufmaterialien, die für die Produktion von raffiniertem Kupfer verwendet werden. Denn nicht jeder Schrott muss von einer Recyclinghütte zu Raffinadekupfer aufgearbeitet werden. Halbzeugwerke nehmen z.B. sortierte Produktionsreste ihrer Kunden wie Späne, Stanzreste und kompakte Schrotte gleicher Zusammensetzung zurück, die direkt wieder für die Produktion von Halbzeug eingeschmolzen werden. So werden z.B. Stangen aus bleihaltigem Spanungsmessing (Automatenlegierung) fast zu 100 % aus Rücklaufmaterial gefertigt. Auch die von Umschmelzhütten für die Gussproduktion gefertigten Blockmetalle (überwiegend Gussmessing und Rotguss) werden fast ausnahmslos aus Schrotten und Rücklaufmaterialien hergestellt.

Grundsätzlich wird bei den Rücklaufmaterialien für die Sekundär-Kupfererzeugung unterschieden zwischen mehreren Gruppen:

  • Neuschrotte wie Produktionsabfälle aus der Metall- und Halbzeugfertigung ohne große Verunreinigungen. Hierzu zählen z.B. sortierte Späne oder Stanzabfälle
  • Altschrott aus dem Rücklauf verbrauchter Wirtschaftsgüter: Kabelreste, Elektronik-, Automobil-, Armaturenschrott, mit einem relativ hohen und kalkulierbaren Kupfergehalt.
  • Zwischenprodukte oder Reststoffe wie Schlacken, Krätzen, Galvanikschlämme usw.

Schrotte lassen sich auch nach ihrer Zusammensetzung unterscheiden:

  • sortenreine, saubere Schrotte wie Draht- oder Kabelschrotte, die direkt wieder eingeschmolzen werden.
  • Schrotte, mit einem bestimmten Verhältnis der Zusammensetzung: Legierungs-schrotte aus Messing, Bronzen, Rotguss usw. Diese Schrotte lassen sich nach bestimmten pyrometallurgischen Verfahren (Einschmelzen oder Feuer-Raffination) verarbeiten.
  • Schrotte, deren abzutrennende Metalle mit anderen metallischen und nicht-metallischen Komponenten verbunden sind. Hierzu gehören Elektromotore, Automobilschrotte, Elektronikschrotte usw. Die Automobilindustrie hat es im Wesentlichen mit diesen Schrotten zu tun, die einer Schrottaufbereitung unterzogen werden müssen.

Die erste Arbeitsstufe der Schrottaufbereitung ist die mechanische Zerkleinerung und Sortierung der Schrotte. Die wichtigsten Verfahren bzw. Aggregate für diese Aufbereitung sind Shredder-, Magnetscheider-, Windsicht- und Schwimmsinkanlagen. Am Anfang steht bei der Wiedergewinnung von NE-Metallen aus Altautos das Ausschlachten von Hand, was bei einigen Autoteilen z.B. von Startermotor, Lichtmaschine, Kabelbaum, Zentralelektrik, Autokühler, Katalysator usw. wirtschaftlich ist.
Sodann wird in einer Shredderanlage das Altauto zu PKW-Schrott in 100 bis 250 mm große Stücke zerlegt. Eine Trennung des Stoffgemisches in eine Leicht- und Schwergutfraktion erfolgt über einen Windsichter, in einem Magnetscheider die Trennung der Eisenmaterialien aus der Schwergutfraktion. Für die Trennung und Sortierung verschiedener Metalle gibt es verschiedene Verfahren wie Wirbelstromscheidung, elektrostatisches Sortieren, Identifizierung mittels Laserimpulsen usw. Die sortierten kupferhaltigen Materialien werden in Recyclinghütten aufgearbeitet. Auch hochwertige Schrotte wie Leitungen und Litzen müssen zuvor, z.B. durch eine kryotechnische Abspaltung der versprödeten Kunststoffteile, aufbereitet werden. Elektronik-Schrott, der im Wesentlichen aus Verbundwerkstoff (kupferkaschiertem Kunststoff) besteht und eine Vielzahl elektronischer Komponenten mit den verschiedensten Metallen enthält, ist an Firmen, die auf Elektronik-Schrott- Recycling spezialisiert sind, zu geben.